基于高频压电驱动/微视觉反馈的柔顺定位平台动力学与控制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51805494
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0501.机器人与机构学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

A compliant positioning stage based on high-frequency piezoelectric drive and micro-vision feedback is a novel precision positioning stage. It has broad application prospects in engineering fields such as cell arrangement and dispensing, micro-nano fabrication and optical element manufacturing. Compared with the traditional piezo-driven compliant positioning stage, it has the following two advantages:one is that high-frequency voltage input can be applied for high-frequency piezoelectric drive; the other is that non-contact measurement with multiple degrees of freedom eliminates the need to arrange sensors at every degree of freedom of the stage, simplifying the structure of stage. The project always focuses on the application requirements of the new stage and the following contents are studied: the relationship between input frequency (input rate), voltage and output displacement is analyzed and the rate-dependent hysteresis model is established; a dynamical model of the novel stage based on rate-dependent hysteresis model is presented by considering the influences of pre-loading device and voltage amplifier; a full closed-loop control is designed based on micro-vision feedback; software and hardware experimental platforms are build to verify and improve the proposed dynamical model and control. This project aims to solve the problems of dynamic modeling and control in the practical applications of the novel stage, and to develop and establish new technologies and methods for the visual feedback electromechanical system.
基于高频压电驱动/微视觉反馈的柔顺定位平台是一种新型精密定位平台,在细胞排列和分装、微纳米加工、光学元件制造等工程领域具有广阔的应用前景。与传统的柔顺定位平台不同,新型平台具有以下两个优点:采用高频压电驱动,能够适用于更高频率的电压输入;采用多自由度非接触式测量,无需在平台的各个自由度布置传感器,简化了结构。本项目始终围绕新型平台的应用需求,研究以下内容:分析压电陶瓷输入频率(输入速率)、输入电压和输出位移之间的关系,建立其动态迟滞模型;基于压电陶瓷动态迟滞模型,综合考虑预紧装置和电压放大器的影响,描述柔顺定位平台的综合动力学特性;基于计算机微视觉反馈,设计新型柔顺定位平台的全闭环运动控制;搭建软硬件实验平台,验证并改进所提出的动力学建模与控制方法。本项目旨在解决新型柔顺定位平台实际应用中的动力学建模与控制问题,发展并建立适用于视觉反馈机电系统的新技术与新方法。

结项摘要

本项目围绕着基于高频压电驱动的柔顺定位平台在细胞排列和分装、微纳米加工、光学元件制造等工程领域的应用需求,开展了以下研究工作:针对高频激励下压电陶瓷复杂迟滞非线性,在经典迟滞模型的基础上,优化建立了多种高精度动态迟滞非线性模型,包括改进型Duhem模型和通用型Bouc-wen模型。针对传统伪刚体模型无法直接精确地描述圆梁型铰链的末端运动轨迹,通过引入互相垂直的线性弹簧,提出了一种通用型的PPRR伪刚体模型。该模型能够实现对圆梁型和直梁型两种铰链末端运动轨迹高精度描述,为后续圆梁型铰链的应用奠定了理论基础。大转角和运动解耦是柔顺机构优化设计两大难点,针对这一问题,通过引入曲柄滑块设计理念,创新性提出了一种双行程高精度的纯转动柔顺定位平台,该平台由上中下三层机构嵌套组成,包含大行程和小行程两种结构,实现了大行程、高分辨率,运动解耦功能。Z型铰链作为一种新型柔顺铰链,具有高放大比和改变运动方向的优点,将其与桥式机构相结合,设计了一种XYZ三自由度双向移动柔顺定位平台。该平台具有结构紧凑、大行程、双向移动的优点。针对精密运动控制研究,本项目首先设计一种带有扰动补偿的离散滑模控制策略,然后其与数据驱动控制相结合,提出了一种无模型的离散滑模控制策略。本项目的研究成果将会为基于高频压电陶瓷驱动的柔顺定位平台设计与控制研究提供新理论和新方法。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Dead Center Identification of Single-DOF Multi-Loop Planar Manipulator and Linkage Based on Graph Theory and Transmission Angle
基于图论和传递角的单自由度多回路平面机械臂死点识别及联动
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2920841
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Nie Liangyi;Ding Huafeng;Gan Jinqiang
  • 通讯作者:
    Gan Jinqiang
Design of a pure rotation micropositioning stage with dual-range
双量程纯旋转微定位台的设计
  • DOI:
    10.1038/s41467-020-19570-7
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Mechanism and Machine Theory
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Juncang Zhang;Jinqiang Gan;Huafeng Ding;Hai Li
  • 通讯作者:
    Hai Li
Model-free output feedback discrete sliding mode control with disturbance compensation for precision motion systems
适用于精密运动系统的具有扰动补偿的无模型输出反馈离散滑模控制
  • DOI:
    10.1049/iet-cta.2019.1184
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IET Control Theory and Applications
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Li Min;Tan Shuhua;Xiong Jiaxi;Gan Jinqiang;Zhang Xinxin
  • 通讯作者:
    Zhang Xinxin
A generalized pseudo-rigid-body PPRR model for both straight and circular beams in compliant mechanisms
柔顺机构中直梁和圆梁的广义伪刚体 PPRR 模型
  • DOI:
    10.1016/j.mechmachtheory.2020.104054
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Mechanism and Machine Theory
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Xu Hao;Gan Jinqiang;Zhang Xianmin
  • 通讯作者:
    Zhang Xianmin
Singularity and branch identification of a 2 degree-of-freedom (DOF) seven-bar spherical parallel manipulator
二自由度七杆球形并联机械臂的奇异性和分支识别
  • DOI:
    10.5194/ms-11-381-2020
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Mechanical Sciences
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Nie Liangyi;Ding Huafeng;Kecskemethy Andres;Gan Jinqiang;Wang Jun;Ting Kwun-lon
  • 通讯作者:
    Ting Kwun-lon

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其他文献

其他文献

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AI技术路线图

甘金强的其他基金

基于压电驱动/传感的柔顺可调恒力操作平台优化设计与控制研究
  • 批准号:
    52175035
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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